サブバッテリ電圧感知型改良走行充電システム

一番簡単なサブバッテリーの走行充電はメインバッテリーとの並列充電ですが最低限逆流防止のダイオードだけは必要です。市販品の”サブバッテリーチャージャー”とか”アイソレーター”がそれに相当します。

今回のサブバッテリー走行充電は上記充電制御車でも電圧低下時にサブバッテリから逆流することもなく、オルタネータが発電する電力をロスなく、確実にサブバッテリに充電されるよう、簡単な回路で実現するよう考えたものです。

この充電回路は基本ただの並列充電ですが、逆流防止ダイオードにオルタネータの発電を検出するスイッチを追加したものです。ダイオードは逆流防止の意味だけでなく、発電前の低電圧時も接続される為ソフトスタート機能を合わせ持ちます。安価でサブバッテリにやさしい走行充電器が実現できると考えました。

逆電圧時はダイーオードによる逆流防止、順電圧時はダイードを直結します。充電時電圧降下をゼロとします。調整の為に　可変安定化電源が必要です。

理想ダイオード的な動作を並列充電が可能というのは言い過ぎですが、充電時は電圧降下ほぼゼロとなります。
これとは別に試作したFETセパレータ走行充電も順方向電圧降下はP-FETのロスよりまだ接点抵抗ロスの方が少ない。
実際には配線抵抗ロスを考慮しなければなりません。
　注：2SJ607は10ｍΩ以上２個で20ｍΩ　一般的なのリレー接点抵抗は10ｍΩ以下

電子工作には多少専門知識が必要ですが部品点数も少なく作りやすいかと思います。
注：記事は2014/11/06 の新規記事　　車載装着検証済ませました。2014/11/17、2015/02/06更新
難易度3：★★★

★2019年5月1日に　MS-PSW　を開発しました。
　電圧感知充電はいわゆる直結モードです。MS-PSWは自由に設定電圧を可変出来切替を行う事が可能になります。この電圧感知方式はキャンピングカーの基本的な走行充電システムとして使用されています。
充電初期に於いては大電流が流れますが有効であると思います。MS-PSWでメイン電圧接続出力電圧を設定し起動し電圧低下すれば昇圧方式に切替える方法が考えられます。

	定番のLM393（互換NJM2903D）シンプルな電圧検出回路です。 13.8Vでオン　13.2ＶでオフするようにVR1、VR2で調整します。 LM393はオープンコレクタなので。ドライブの簡単なPchFETを使用します。オンオフ状態はLEDの点滅リレー音で確認。テスト電源を接続し10V～15Vくらいスイープすればオンオフが確認できるはずです。待機電流（オフ）約10mA　オン時約100mAでした。 FETハイサイドSWとしなかった理由はフェイルセーフの観点や寄生ダイオードによるトラブルを考慮しての安全策です。
	ショットキーバリヤダイオードの逆流防止と電圧検出回路を組み合わせポータブルバッテリとして使用可能なように1枚の基板に周辺部品も組み込みました。 2014/11/17改訂パネルにはサブバッテリ電圧計、電流計、出力スイッチ（サブバッテリ負荷の）を取付けます。検出点の電圧計も！注1：電圧検出点はACCカープラグと共用は出来ません。共用すると充電電流による配線抵抗の電圧降下で検出部電圧も降下します。配線の影響を受けないヒューズボックスACCから別途配線する。グランドも別にした方が良い。注2：サブバッテリ容量が大きい場合は充電電流が10Aを超える場合もある。その場合は常時電源から配線しACC連動リレーの配線が必要となる。
	入出力は基板用端子台を、20Aリレーも内蔵、電流が測定できるように基板上にシャント抵抗を設置しました。安価なデジタルテスター200ｍVレンジでも読み替えにより測定可能です。 ■部品表穴あき基板95*72 NJM2903D NJM1431A 2SJ681 1S2076A 1N4007 LED 1K VR 10K VR MBR3045FCT アルミヒートシンク
	pcbeで作成しましたが試作は蛇の目基板です配置図はこちらアース共用していますが検出回路は別途配線の方が良いかも。 8ｐICソケット 8P基板用端子台10ピッチヤフオクなど 1/6W1K　4個同　4.7K　2個同　3.3K 同　3.9K 同　10オーム同　470オーム 10mオーム1/6W 　4個基板パターン配線用スズメッキ線 0.01uF 0.1uF 25V　100uF ピンヘッダー、ピンソケット自動車用ミニヒューズ10A　3個同　基板用ソケット他ＬＥＤ電圧計、PM128など

リレーオンでＶｆ（ダイオード順方向電圧降下）はキャンセルされ効率の良い充電が可能となります。
■　電圧計、シャント式電流計の作り方はこちらのＡＶパネルメーターやチップ抵抗を使った記事をご覧ください ■　充電ＳＷは簡素化の為設けていませんが運転席でもオンオフ可能とする3路スイッチは過去の記事を参照してください。
注意すべき点として過放電したバッテリー（10.5Ｖ？）はエンジンを起動後にＡＣＣに接続せずに、ＡＣＣに先に接続した状態からキーオンの低電圧で充電開始するとソフトスタートとなります。気持ちゆっくりエンジンを起動するほうがオルタネーターの発電開始する前にメインバッテリーの低電圧時に充電する（ダイオード経由となる）くらいでしょうか。通常はＡＣＣにつなぎっ放しで問題なく充電してくれるはずです。エブリーワゴンＤＡ６４Ｗの場合はＡＣＣはバッテリ電圧が（正常時12.5Ｖ）エンジン起動10秒後くらいから14.5Ｖが発生します。セルモーター中はACCは切れる（0Ｖ）ので問題はありません。オルタネーターが発電する約14.5Ｖ程度を検出しダイオードの順方向電圧降下分をリレー接点により、キャンセルされロスを防止効果的に充電してくれるはず！です。それでも充電終期には長時間走行しても多分電流量は期待できないと思われます。それは走行用バッテリーも同じことです。これを解決するには昇圧回路にＰＩＣ制御しかないと思います。15Ｖ昇圧回路をタイマーで強制撹拌充電と云う手も？充電初期の定電流動作が必要な為電流制限抵抗を接続する場合が多いですが、今回の回路でのソフトスタートが何もしなくても実現出来る事です。メインバッテリーには多少負担を強いるのですが、ＨＤＤナビなどはＡＣＣオンしただけで5Ａも消費するのですから30ＡH以下くらいのサブバッテリではなんら問題ないと考えます。　エブリイDA64Wの場合はＡＣＣオンで5Ａ。エンジンに（イグニッション）3.5Ａ、ナビに1.5Ａです。サブバッテリに過放電（10.5Ｖと仮定）したバッテリを接続しＡＣＣオンするとメインバッテリから7Ａ以上流れるということになります。ライトＳＷオンしたまま起動するより負担は少ないといえます。・メインバッテリの負荷状況を知る為±電流計設置をお勧めします。作り方はこちらに。電流計、電圧計を見ながらと言っても充電スタート時だけです。しかし後席やトランクにサブバッテリをおいた場合はモニターは不可能ですので運転席までモニター部分を延長すれば可能になります。以前書いた記事があります。

電線抵抗ロスもＡＣＣ経由ではなくサブとメインのバッテリを並べ最短距離、太い線で配線すればさらに大容量化も可能かも。
　サブとメインのバッテリ並列搭載

注：記事は2014/11/04試作～ 2014/11/17完成の記事　　車載装着テスト検証済み。
実車搭載はしていません（現車エブリイDA64Wは昇圧型ＰＩＣ版搭載の為）
電圧検出リレー方式は設定した1点の電圧で充電オンオフするだけです。この電圧をメイン＞サブの時に充電する方式【FETセパレータ走行充電】です。

関連並列型走行充電の記事は　　

FETセパレータ定電流付走行充電

旧作電圧検知型走行充電（検討試作）

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	定番のLM393（互換NJM2903D）シンプルな電圧検出回路です。 13.8Vでオン　13.2ＶでオフするようにVR1、VR2で調整します。 LM393はオープンコレクタなので。ドライブの簡単なPchFETを使用します。オンオフ状態はLEDの点滅リレー音で確認。テスト電源を接続し10V～15Vくらいスイープすればオンオフが確認できるはずです。待機電流（オフ）約10mA　オン時約100mAでした。 FETハイサイドSWとしなかった理由はフェイルセーフの観点や寄生ダイオードによるトラブルを考慮しての安全策です。
	ショットキーバリヤダイオードの逆流防止と電圧検出回路を組み合わせポータブルバッテリとして使用可能なように1枚の基板に周辺部品も組み込みました。 2014/11/17改訂パネルにはサブバッテリ電圧計、電流計、出力スイッチ（サブバッテリ負荷の）を取付けます。検出点の電圧計も！注1：電圧検出点はACCカープラグと共用は出来ません。共用すると充電電流による配線抵抗の電圧降下で検出部電圧も降下します。配線の影響を受けないヒューズボックスACCから別途配線する。グランドも別にした方が良い。注2：サブバッテリ容量が大きい場合は充電電流が10Aを超える場合もある。その場合は常時電源から配線しACC連動リレーの配線が必要となる。
	入出力は基板用端子台を、20Aリレーも内蔵、電流が測定できるように基板上にシャント抵抗を設置しました。安価なデジタルテスター200ｍVレンジでも読み替えにより測定可能です。 ■部品表穴あき基板95*72 NJM2903D NJM1431A 2SJ681 1S2076A 1N4007 LED 1K VR 10K VR MBR3045FCT アルミヒートシンク
	pcbeで作成しましたが試作は蛇の目基板です配置図はこちらアース共用していますが検出回路は別途配線の方が良いかも。 8ｐICソケット 8P基板用端子台10ピッチヤフオクなど 1/6W1K　4個同　4.7K　2個同　3.3K 同　3.9K 同　10オーム同　470オーム 10mオーム1/6W 　4個基板パターン配線用スズメッキ線 0.01uF 0.1uF 25V　100uF ピンヘッダー、ピンソケット自動車用ミニヒューズ10A　3個同　基板用ソケット他ＬＥＤ電圧計、PM128など

リレーオンでＶｆ（ダイオード順方向電圧降下）はキャンセルされ効率の良い充電が可能となります。
■　電圧計、シャント式電流計の作り方はこちらのＡＶパネルメーターやチップ抵抗を使った記事をご覧ください ■　充電ＳＷは簡素化の為設けていませんが運転席でもオンオフ可能とする3路スイッチは過去の記事を参照してください。
注意すべき点として過放電したバッテリー（10.5Ｖ？）はエンジンを起動後にＡＣＣに接続せずに、ＡＣＣに先に接続した状態からキーオンの低電圧で充電開始するとソフトスタートとなります。気持ちゆっくりエンジンを起動するほうがオルタネーターの発電開始する前にメインバッテリーの低電圧時に充電する（ダイオード経由となる）くらいでしょうか。通常はＡＣＣにつなぎっ放しで問題なく充電してくれるはずです。エブリーワゴンＤＡ６４Ｗの場合はＡＣＣはバッテリ電圧が（正常時12.5Ｖ）エンジン起動10秒後くらいから14.5Ｖが発生します。セルモーター中はACCは切れる（0Ｖ）ので問題はありません。オルタネーターが発電する約14.5Ｖ程度を検出しダイオードの順方向電圧降下分をリレー接点により、キャンセルされロスを防止効果的に充電してくれるはず！です。それでも充電終期には長時間走行しても多分電流量は期待できないと思われます。それは走行用バッテリーも同じことです。これを解決するには昇圧回路にＰＩＣ制御しかないと思います。15Ｖ昇圧回路をタイマーで強制撹拌充電と云う手も？充電初期の定電流動作が必要な為電流制限抵抗を接続する場合が多いですが、今回の回路でのソフトスタートが何もしなくても実現出来る事です。メインバッテリーには多少負担を強いるのですが、ＨＤＤナビなどはＡＣＣオンしただけで5Ａも消費するのですから30ＡH以下くらいのサブバッテリではなんら問題ないと考えます。　エブリイDA64Wの場合はＡＣＣオンで5Ａ。エンジンに（イグニッション）3.5Ａ、ナビに1.5Ａです。サブバッテリに過放電（10.5Ｖと仮定）したバッテリを接続しＡＣＣオンするとメインバッテリから7Ａ以上流れるということになります。ライトＳＷオンしたまま起動するより負担は少ないといえます。・メインバッテリの負荷状況を知る為±電流計設置をお勧めします。作り方はこちらに。電流計、電圧計を見ながらと言っても充電スタート時だけです。しかし後席やトランクにサブバッテリをおいた場合はモニターは不可能ですので運転席までモニター部分を延長すれば可能になります。以前書いた記事があります。